(57)【要約】【課題】単一のアクチュエータで３点以上の安定点を取ることができ、小型化・集積化可能な微小可動デバイスを提供する。【解決手段】微小可動デバイスは基板３１と、基板３１上に設けられた固定構造物と、その固定構造物に連結支持されて基板板面と平行に駆動される可動構造物とを有する。可動構造物（可動ロッド４１）は第１の双安定ヒンジ対５３，５４の中央に結合され、第１の双安定ヒンジ対５３，５４の他端は第２の双安定ヒンジ対５６，５７の中央に結合され、第２の双安定ヒンジ対５６，５７の他端は固定構造物（アンカー部５８）に結合される。２つの双安定ヒンジ対がそれぞれ２つの安定状態の何れかにある時に可動ロッド４１は４つの安定点を取ることができる。双安定ヒンジ対をＮ段構成（Ｎは２以上の整数）とすれば、安定点が３以上２Ｎ以下の個数の相互に異なる点として形成される。【選択図】図１
2010284738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、その基板上に設けられた固定構造物と、その固定構造物に連結支持されて基板板面と平行に駆動される可動構造物とを有する微小可動デバイスであって、
前記可動構造物は第１の双安定ヒンジ対の中央に結合され、その第１の双安定ヒンジ対の前記可動構造物に結合されていない端部は第２の双安定ヒンジ対の中央に結合され、Ｎを２以上の整数、ｋを１≦ｋ≦Ｎ−１の整数とした時、第ｋの双安定ヒンジ対の前記可動構造物もしくは第ｋ−１の双安定ヒンジ対の端部に結合されていない端部は第ｋ＋１の双安定ヒンジ対の中央に結合され、第Ｎの双安定ヒンジ対の第Ｎ−１の双安定ヒンジ対の端部に結合されていない端部は前記固定構造物に結合されることで、前記可動構造物が前記固定構造物に連結支持されており、
前記第１乃至第Ｎの双安定ヒンジ対のすべてがそれぞれ２つの安定状態の何れかにある時に前記可動構造物が取る位置としての安定点が、３以上２Ｎ以下の個数の相互に異なる点として形成されることを特徴とする微小可動デバイス。
【請求項２】
請求項１記載の微小可動デバイスにおいて、
前記第ｋの双安定ヒンジ対の前記可動構造物もしくは第ｋ−１の双安定ヒンジ対の端部に結合されていない端部どうしが第ｋの堅牢な連結構造体で連結され、その第ｋの連結構造体が第ｋ＋１の双安定ヒンジ対の中央に結合されることで、前記第ｋの双安定ヒンジ対の前記可動構造物もしくは第ｋ−１の双安定ヒンジ対の端部に結合されていない端部が前記第ｋ＋１の双安定ヒンジ対の中央に結合されていることを特徴とする微小可動デバイス。
【請求項３】
請求項１又は２記載の微小可動デバイスにおいて、
前記第１乃至第Ｎの双安定ヒンジ対のそれぞれが持つバネ定数が相互に異なることを特徴とする微小可動デバイス。
【請求項４】
請求項１記載の微小可動デバイスにおいて、
前記可動構造物の、前記基板板面に平行な面内の動きを制約する駆動方向ガイドが前記基板上に設けられていることを特徴とする微小可動デバイス。
【請求項５】
請求項２記載の微小可動デバイスにおいて、
前記可動構造物もしくは第ｋの連結構造体の、前記基板板面に平行な面内の動きを制約する駆動方向ガイドが前記基板上に設けられていることを特徴とする微小可動デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は微小可動デバイスに関し、特に簡易な構成で可動構造物（可動体）を複数の安定点に位置させることができる微小可動デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１２は特許文献１に記載されている１×ｎ光スイッチの構成を示したものである。図１２中、１はハウジング、２は光導入路を構成する入力用光ファイバ、３及び４はコリメータレンズ、５はｎ個の光導出路を構成する出力用光ファイバ、６はｎ個のプリズムＰ１〜Ｐｎと共に光路切換制御手段を構成する電磁リレーを示す。また、８はコリメータレンズ、９は伝送用光ファイバを示す。
【０００３】
この例では電磁リレー６を駆動制御し、プリズムＰ１〜Ｐｎを光路Ｐｘに対し、進退させ、つまり各プリズムＰ１〜Ｐｎの位置を制御することにより、光導入路（入力用光ファイバ２）から導入された光信号をｎ個の光導出路（出力用光ファイバ５）のいずれかに択一的に振り分けることができるものとなっている。
【０００４】
図１３は特許文献２に記載されている１×ｎ光スイッチの構成を示したものであり、この例では１本のマスター側光ファイバ１１を可動的にガイドするガイド機構１２と、複数本のｎ側光ファイバ１３を支持する支持機構１４とが所定の間隔をあけて配置されている。
【０００５】
ガイド機構１２においては、マスター側光ファイバ１１を支持する移動ステージ１５に設けた凹凸部１５ａと、ガイド部材１６及び駆動板１７のそれぞれに設けた凹凸部１６ａ，１７ａとが互いに噛み合うように構成され、移動ステージ１５とガイド部材１６とは適当強度の磁石により吸引されている。支持機構１４においては、支持部材１８に形成された複数本のＶ溝１８ａにそれぞれｎ側光ファイバ１３が嵌合され、押さえ板１９で固定されている。
【０００６】
この例では駆動板１７が円環運動をすることにより、移動ステージ１５はガイド部材１６に沿って移動し、凹凸部１５ａ，１６ａの噛み合いにより位置決めされると共に、マスター側光ファイバ１１の先端は次のＶ溝１８ａ内においてｎ側光ファイバ１３と光結合して光路の切り替えが行われるものとなっている。
【０００７】
一方、特許文献３には双安定ヒンジ（双安定梁）を備えることを特徴とするＭＥＭＳに基づくシステム（ＭＥＭＳデバイス）が記載されている。図１４はその構成を示したものであり、図１４中、２１は双安定ヒンジ、２２は可動メンバ、２３は定常状態メンバを示す。可動メンバ２２及び定常状態メンバ２３は例えば導波管や光ファイバなどとされ、可動メンバ２２は双安定ヒンジ２１と共に動くように構成され、定常状態メンバ２３は基板２４に固定されている。
【０００８】
双安定ヒンジ２１に力Ｆを印加することにより、双安定ヒンジ２１は図１４Ａに示した第１安定状態と図１４Ｂに示した第２安定状態との間を移動し、この例では図１４Ｂに示した第２安定状態において可動メンバ２２は定常状態メンバ２３と整列または連結されるものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−３３００４１号公報
【特許文献２】特開平６−１６０７３９号公報
【特許文献３】特開２００４−２５４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述の図１２に示したような構成とされた光スイッチではｎ個の光導出路に対して、それぞれプリズムと電磁リレーとが必要であり、つまりチャネル数分の光路切換制御手段が必要であり、その分、全体として大型となり、集積化・小型化が図りづらいという問題がある。
【００１１】
図１３に示した光スイッチでは１つのアクチュエータ機構（ガイド機構）によって複数の安定点を取れ、つまりアクチュエータ機構は複数の安定点を有するものとなっているものの、機構が複雑であり、その点で作製に手間がかかり、また図１２に示した光スイッチと同様、小型化を図りづらいという問題がある。
【００１２】
一方、図１４に示したＭＥＭＳデバイスはＳＯＩウェハ等を用いて作製されるもので、集積化・小型化の点では有利であるものの、双安定ヒンジにより得られる安定点（安定位置）は２点であり、よって例えば１×２光スイッチは容易に構成できるものの、１×３光スイッチは構成が困難になるという問題がある。
【００１３】
この発明の目的は上述したような問題に鑑み、単一のアクチュエータで３点以上の安定点を取ることができ、その点で集積化・小型化でき、かつ作製が容易な微小可動デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１の発明によれば、基板と、その基板上に設けられた固定構造物と、その固定構造物に連結支持されて基板板面と平行に駆動される可動構造物とを有する微小可動デバイスは、可動構造物が第１の双安定ヒンジ対の中央に結合され、その第１の双安定ヒンジ対の可動構造物に結合されていない端部が第２の双安定ヒンジ対の中央に結合され、Ｎを２以上の整数、ｋを１≦ｋ≦Ｎ−１の整数とした時、第ｋの双安定ヒンジ対の可動構造物もしくは第ｋ−１の双安定ヒンジ対の端部に結合されていない端部が第ｋ＋１の双安定ヒンジ対の中央に結合され、第Ｎの双安定ヒンジ対の第Ｎ−１の双安定ヒンジ対の端部に結合されていない端部が固定構造物に結合されることで、可動構造物が固定構造物に連結支持されており、第１乃至第Ｎの双安定ヒンジ対のすべてがそれぞれ２つの安定状態の何れかにある時に可動構造物が取る位置としての安定点が、３以上２Ｎ以下の個数の相互に異なる点として形成される。
【００１５】
請求項２の発明では請求項１の発明において、第ｋの双安定ヒンジ対の可動構造物もしくは第ｋ−１の双安定ヒンジ対の端部に結合されていない端部どうしが第ｋの堅牢な連結構造体で連結され、その第ｋの連結構造体が第ｋ＋１の双安定ヒンジ対の中央に結合されることで、第ｋの双安定ヒンジ対の可動構造物もしくは第ｋ−１の双安定ヒンジ対の端部に結合されていない端部が第ｋ＋１の双安定ヒンジ対の中央に結合される。
【００１６】
請求項３の発明では請求項１又は２の発明において、第１乃至第Ｎの双安定ヒンジ対のそれぞれが持つバネ定数が相互に異なるものとされる。
【００１７】
請求項４の発明では請求項１の発明において、可動構造物の、基板板面に平行な面内の動きを制約する駆動方向ガイドが基板上に設けられる。
【００１８】
請求項５の発明では請求項２の発明において、可動構造物もしくは第ｋの連結構造体の、基板板面に平行な面内の動きを制約する駆動方向ガイドが基板上に設けられる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、単一のアクチュエータで３点以上の安定点を取ることができ、その点で集積化・小型化でき、かつ作製が容易な微小可動デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明による微小可動デバイスの一実施例として、１×４光スイッチの構成を示した平面図。
【図２】図１における第１及び第２の双安定ヒンジ対の動作を説明するための図。
【図３】２段構成の双安定ヒンジ対により得られる安定点の位置をシミュレーションにより求めた際の構成及び条件を説明するための図。
【図４】シミュレーションにより求めたストローク距離と反力の関係を示すグラフ（条件１）。
【図５】シミュレーションにより求めたストローク距離と反力の関係を示すグラフ（従来例）。
【図６】シミュレーションにより求めたストローク距離と反力の関係を示すグラフ（条件２）。
【図７】シミュレーションにより求めたストローク距離と反力の関係を示すグラフ（条件３）。
【図８】双安定ヒンジ対をＮ段構成とした構成例を説明するための図。
【図９】双安定ヒンジ対を４段構成とした場合の駆動方法を説明するための図。
【図１０】駆動方向ガイドを設けた構成例を説明するための図。
【図１１】双安定ヒンジ対の多段構造の他の構成例を説明するための図。
【図１２】１×ｎ光スイッチの従来構成の一例を示す図。
【図１３】１×ｎ光スイッチの従来構成の他の例を示す図。
【図１４】双安定ヒンジを備えるシステム（ＭＥＭＳデバイス）の従来構成例・動作を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。
【００２２】
図１はこの発明による微小可動デバイスの一実施例として、１×４光スイッチの構成を示したものであり、１×４光スイッチはこの例ではＳＯＩウェハをフォトリソグラフィ及びエッチングすることによって形成されている。ＳＯＩウェハはＳｉ（シリコン）基板３１上に絶縁層（ＳｉＯ２層）を介してデバイス層（Ｓｉ層）３２が配置されてなる３層構造を有するもので、Ｓｉ基板３１上にデバイス層３２によって所要の固定構造物及び可動構造物が形成される。
【００２３】
以下、１×４光スイッチの構成を説明する。
可動ロッド４１の先端にはミラー４２が形成され、ミラー４２は凹部４３に位置されている。凹部４３から基板３１の一辺に向って１本のファイバ溝４４が形成され、さらにこのファイバ溝４４と直交する方向に凹部４３から基板３１の他辺に向って４本のファイバ溝４５が形成されている。これらファイバ溝４４及び４５にはそれぞれ入力用光ファイバ３５及び出力用光ファイバ３６が図１に示したように位置決め設置される。
【００２４】
可動ロッド４１は櫛歯型静電アクチュエータによって駆動される構造とされ、櫛歯型静電アクチュエータは第１固定櫛歯電極４６と第２固定櫛歯電極４７と可動櫛歯電極４８とによって構成されている。可動ロッド４１の延伸方向中間部における幅方向両側には支持ロッド４９がそれぞれ突設され、これら支持ロッド４９のそれぞれ両側に可動櫛歯電極４８が形成されている。第１及び第２固定櫛歯電極４６，４７は支持ロッド４９の両側の可動櫛歯電極４８とそれぞれ噛み合うように配置されている。
【００２５】
上記のような構成を有する櫛歯型静電アクチュエータは凹部４３と連通する凹部５１内に位置され、さらにこの凹部５１に続いて凹部５２が形成され、この凹部５２に可動ロッド４１の基端が位置されている。
【００２６】
可動ロッド４１の基端は第１の双安定ヒンジ対５３，５４の中央に結合され、それら第１の双安定ヒンジ対５３，５４の各他端はこの例では堅牢な連結構造体５５に結合されている。連結構造体５５はコ字形状をなし、さらにコ字の中間部５５ａの中央から外側に突設された突設部５５ｂを有している。第１の双安定ヒンジ対５３，５４の各他端はコ字の両脚部５５ｃに結合され、連結構造体５５によって連結されている。
【００２７】
連結構造体５５の突設部５５ｂの先端は第２の双安定ヒンジ対５６，５７の中央に結合され、それら第２の双安定ヒンジ対５６，５７の各他端は凹部５２を囲むアンカー部５８に結合されている。このように、この例では可動ロッド４１は第１の双安定ヒンジ対５３，５４、連結構造体５５及び第２の双安定ヒンジ対５６，５７を介してアンカー部５８に連結支持された構造となっている。
【００２８】
上記のような構成において、可動ロッド４１、ミラー４２、支持ロッド４９、可動櫛歯電極４８、第１の双安定ヒンジ対５３，５４、連結構造体５５及び第２の双安定ヒンジ対５６，５７は可動体であり、これら可動体はその下の絶縁層がエッチング除去されることによりＳｉ基板３１から浮いた状態となっている。
【００２９】
櫛歯型静電アクチュエータを駆動することにより、可動ロッド４１はＳｉ基板３１の板面と平行に、その延伸方向に駆動され、これにより第１の双安定ヒンジ対５３，５４及び第２の双安定ヒンジ対５６，５７はそれぞれ反転動作をし、２つの安定状態の何れかを取る。よって、この例では可動ロッド４１は４つの安定点を取り、それら安定点間を移動するものとなっており、つまりミラー４２が４本の出力用光ファイバ３６のいずれかに対応する位置に位置して光路の切り替えが行われるものとなっている。
【００３０】
図２は第１及び第２の双安定ヒンジ対５３，５４及び５６，５７の各反転動作により４つの安定点（安定状態）が得られる様子を示したものである。
【００３１】
図２Ａに示した第１安定点の状態から第１の双安定ヒンジ対５３，５４に矢印で示したように力Ｆが紙面上向きに加わると、第１の双安定ヒンジ対５３，５４は反転し、図２Ｂに示した第２安定点の状態となる。さらに、第１の双安定ヒンジ対５３，５４に上向きに力Ｆが加わると、第２の双安定ヒンジ対５６，５７が反転し、図２Ｃに示した第３安定点の状態となる。そして、この第３安定点の状態に対し、下向きに力Ｆを加えると、第１の双安定ヒンジ対５３，５４が反転し、図２Ｄに示した第４安定点の状態となり、このような力Ｆの印加により４つの安定点を得ることができる。
【００３２】
次に、上述した例のように、双安定ヒンジ対を２段構成とした場合に得られる安定点の位置（距離）をシミュレーションにより求めた結果について説明する。なお、第１の双安定ヒンジ対Ｈ１（５３，５４）及び第２の双安定ヒンジ対Ｈ２（５６，５７）の連結構造は図３Ａに示したように図１と同様とし、双安定ヒンジ対のヒンジ厚さ：ｔ、ヒンジ長さ：ＢＬ、Ｓ−Ｂｅｎｄ：ＳＢ及びフィレット半径：ｒを図３Ｂに示したように定義する。
【００３３】
〈シミュレーション１〉
下記値をシミュレーションに用いた。
【００３４】
・ヒンジ厚さ：ｔ
第１の双安定ヒンジ対Ｈ１：１．５μｍ
第２の双安定ヒンジ対Ｈ２：２．０μｍ
・ヒンジ長さ：ＢＬ
第１の双安定ヒンジ対Ｈ１：５００μｍ
第２の双安定ヒンジ対Ｈ２：５００μｍ
・Ｓ−Ｂｅｎｄ：ＳＢ
第１の双安定ヒンジ対Ｈ１：１０μｍ
第２の双安定ヒンジ対Ｈ２：１５μｍ
・フィレット半径：ｒ
第１の双安定ヒンジ対Ｈ１：４０００μｍ
第２の双安定ヒンジ対Ｈ２：４０００μｍ
【００３５】
シミュレーション結果を図４に示す。図４においてｘ軸は初期状態（図３の状態：第１安定点）から双安定ヒンジ対が第２安定点へ移動する方向を正とした時のストローク距離を示し、ｙ軸は双安定ヒンジ対の反力を示す。
【００３６】
シミュレーションの条件によりグラフが一部歪んでいるが、図５に参照用として示した単独（１段）の双安定ヒンジ対の場合のグラフ（反力図）と比較して図４Ａに示した往路、図４Ｂに示した復路共に安定点が１つ多い３つの安定点（反力の傾きが正であり、かつ反力値が０である点。但し、初期状態を含む）を有することがわかる。
【００３７】
安定点から次の安定点に移行するためには、移動方向の反力の山を越える力が必要である。図４では両双安定ヒンジ対の硬さを変えたことにより、各安定点へ移行するために必要な力がそれぞれ異なる結果となった。これは加える力を制御することにより、任意の安定点へ双安定ヒンジ対を移行制御することができることを示す。各安定点の位置は以下の通りとなった。
【００３８】
第１安定点：ｘ＝０μｍ
第２安定点：ｘ＝２１．６μｍ
第３安定点：ｘ＝５２．８μｍ
第４安定点：ｘ＝３１．６μｍ
【００３９】
〈シミュレーション２〉
シミュレーション１に対し、第１の双安定ヒンジ対Ｈ１と第２の双安定ヒンジ対Ｈ２のバネ定数（硬さ）の大小関係を逆にし、第１の双安定ヒンジ対Ｈ１のバネ定数＞第２の双安定ヒンジ対Ｈ２のバネ定数とした。シミュレーションに用いた値は以下の通りである。
【００４０】
・ヒンジ厚さ：ｔ
第１の双安定ヒンジ対Ｈ１：３．０μｍ
第２の双安定ヒンジ対Ｈ２：１．５μｍ
・ヒンジ長さ：ＢＬ
第１の双安定ヒンジ対Ｈ１：５００μｍ
第２の双安定ヒンジ対Ｈ２：５００μｍ
・Ｓ−Ｂｅｎｄ：ＳＢ
第１の双安定ヒンジ対Ｈ１：１５μｍ
第２の双安定ヒンジ対Ｈ２：１０μｍ
・フィレット半径：ｒ
第１の双安定ヒンジ対Ｈ１：４０００μｍ
第２の双安定ヒンジ対Ｈ２：４０００μｍ
【００４１】
シミュレーション結果を図６に示す。図６よりバネ定数の大小関係を逆にしても、往路、復路共に３つの安定点を持つことがわかる。なお、グラフが一部乱れているのはシミュレーションの条件による。各安定点の位置は以下の通りとなった。
【００４２】
第１安定点：ｘ＝０μｍ
第２安定点：ｘ＝２０．８μｍ
第３安定点：ｘ＝５１．２μｍ
第４安定点：ｘ＝３１．２μｍ
【００４３】
〈シミュレーション３〉
シミュレーション２の条件に対し、第１の双安定ヒンジ対Ｈ１と第２の双安定ヒンジ対Ｈ２のストローク（ＳＢ×２）を同じにした。シミュレーションに用いた値は以下の通りである。
【００４４】
・ヒンジ厚さ：ｔ
第１の双安定ヒンジ対Ｈ１：３．０μｍ
第２の双安定ヒンジ対Ｈ２：１．５μｍ
・ヒンジ長さ：ＢＬ
第１の双安定ヒンジ対Ｈ１：５００μｍ
第２の双安定ヒンジ対Ｈ２：５００μｍ
・Ｓ−Ｂｅｎｄ：ＳＢ
第１の双安定ヒンジ対Ｈ１：１０μｍ
第２の双安定ヒンジ対Ｈ２：１０μｍ
・フィレット半径：ｒ
第１の双安定ヒンジ対Ｈ１：４０００μｍ
第２の双安定ヒンジ対Ｈ２：４０００μｍ
【００４５】
シミュレーション結果を図７に示す。図７よりストロークを同じにした場合、３つの安定点しか取らないことがわかる。各安定点の位置は以下の通りとなった。
【００４６】
第１安定点：ｘ＝０μｍ
第２安定点：ｘ＝２１．６μｍ
第３安定点：ｘ＝４２．４μｍ
【００４７】
以上、シミュレーションを行った結果について説明したが、双安定ヒンジ対を２段構成とすることにより、単独の双安定ヒンジ対では実現し得なかった４つもしくは３つの安定点を得ることができる。
【００４８】
上述した例では双安定ヒンジ対を２段構成としたが、図８に示したようにさらに段数を増やした構成とすることもできる。図８では双安定ヒンジ対はＮ段構成とされており、このようなＮ段構成の双安定ヒンジ対を図１に示した光スイッチに適用することもできる。この場合、第Ｎの双安定ヒンジ対ＨＮの第Ｎ−１の双安定ヒンジ対ＨＮ−１の端部に結合されていない端部をアンカー部５８（固定構造物）に結合することで、可動ロッド４１（可動構造物）がＮ段の双安定ヒンジ対を介してアンカー部５８（固定構造物）に連結支持される。
【００４９】
以上説明したように、この発明は可動構造物を第１の双安定ヒンジ対の中央に結合し、その第１の双安定ヒンジ対の可動構造物に結合されていない端部を第２の双安定ヒンジ対の中央に結合し、以下、同様に、Ｎを２以上の整数、ｋを１≦ｋ≦Ｎ−１の整数とした時、第ｋの双安定ヒンジ対の可動構造物もしくは第ｋ−１の双安定ヒンジ対の端部に結合されていない端部を第ｋ＋１の双安定ヒンジ対の中央に結合し、第Ｎの双安定ヒンジ対の第Ｎ−１の双安定ヒンジ対の端部に結合されていない端部を固定構造物に結合することで、可動構造物を固定構造物に連結支持するものとなっており、第１乃至第Ｎの双安定ヒンジ対のすべてがそれぞれ２つの安定状態の何れかにある時に可動構造物が取る位置としての安定点が、３以上２Ｎ以下の個数の相互に異なる点として形成されるものとなっている。
【００５０】
なお、上述した例では第ｋの双安定ヒンジ対の可動構造物もしくは第ｋ−１の双安定ヒンジ対の端部に結合されていない端部どうしが第ｋの堅牢な連結構造体で連結され、その第ｋの連結構造体が第ｋ＋１の双安定ヒンジ対の中央に結合されることで、第ｋの双安定ヒンジ対の可動構造物もしくは第ｋ−１の双安定ヒンジ対の端部に結合されていない端部が第ｋ＋１の双安定ヒンジ対の中央に結合されるものとなっている。
【００５１】
上述したようなＮ段（多段）構成の双安定ヒンジ対はバネ定数が相互に異なるものとすることにより、任意の安定点に駆動させることができる。以下、図９を参照して、任意の安定点に駆動させる方法を説明する。
【００５２】
図９は双安定ヒンジ対が４段（４つ）連結されているものとして、それら双安定ヒンジ対のみを模式的に示したものであり、図９では第１乃至第４の双安定ヒンジ対を第１乃至第４ヒンジと簡略化して記している。
【００５３】
今、図９中に示したように、第１ヒンジから第４ヒンジまでバネ定数が段階的に小さくなっているとし、図９Ａに示した初期状態から、図９Ｂに示したように第１ヒンジを反転状態、第２ヒンジを反転状態、第３ヒンジを初期状態、第４ヒンジを反転状態にする場合を考える。なお、ヒンジが初期状態（第１安定状態）にある時を“０”とし、ヒンジが反転状態（第２安定状態）にある時を“１”とする。
【００５４】
この例の場合、バネ定数の最も大きい第１ヒンジを“１”の状態にする最低限の力を駆動部（アクチュエータ）より与え、第１ヒンジを反転させる。この時、第１ヒンジ以降の第２ヒンジから第４ヒンジまですべて“１”の状態になる。次に、２番目にバネ定数の大きい第２ヒンジを制御する。現状態では第２ヒンジは反転状態にあるため、このままの状態を維持すればよく、よって制御は行わず、次のヒンジの制御に移る。第３ヒンジは“１”の状態にあるため、“０”の状態に戻す必要があり、反転する最低限の力を駆動部より与える。この時、第３ヒンジよりもバネ定数が大きい第１ヒンジ、第２ヒンジは動作せず、バネ定数が小さい第４ヒンジは第３ヒンジと共に、“０”の状態に戻る。以降同様に制御を行い、最終段の第４ヒンジを反転状態にする最低限の力を駆動部より与えることで、図９Ｂに示した安定状態とすることができる。
【００５５】
このようにヒンジ状態を２進数で認識して駆動力を発生させることによりヒンジ状態を制御することができ、ヒンジの連結段数が多くなったとしても、任意の安定点に容易に駆動させることができる。
【００５６】
ところで、このようなＮ段の双安定ヒンジ対に支持され、駆動部により基板板面と平行に駆動される可動構造物の所定の（駆動すべき方向への）動きを良好に実現するためには、可動構造物に駆動方向ガイドを設けるのが好ましい。図１０は図１に示した２段構成の双安定ヒンジ対による可動ロッド４１の支持構造に対し、駆動方向ガイドを設けた例を示したものであり、この例では駆動方向ガイド６１は可動ロッド４１の幅方向両側に所定の間隙を介して設けられている。このような駆動方向ガイド６１を設けることにより、可動ロッド４１の基板板面に平行な面内の動きを制約することができ、つまり駆動すべき方向以外への動きを制限することができる。なお、図１０中に２点鎖線で示したように、駆動方向ガイド６１に加え、さらに連結構造体５５の突設部５５ｂに対しても同様に駆動方向ガイド６２を設けてもよい。
【００５７】
図１１はＮ段の双安定ヒンジ対による可動構造物の支持構造の他の構成例を示したものであり、この例では連結構造体６５は前述の連結構造体５５と異なり、単なるコ字形状とされている。
【００５８】
可動ロッド４１の基端は第１の双安定ヒンジ対５３，５４の中央に結合され、それら第１の双安定ヒンジ対５３，５４の各他端は第１の連結構造体６５１の両脚部６５１ｃにそれぞれ結合されている。そして、第１の連結構造体６５１の両脚部６５１ｃと第２の連結構造体６５２の両脚部６５２ｃの間に第２の双安定ヒンジ対５６，５７が各別に設けられている。つまり、この例では２段構成の場合を示しているが、第２の双安定ヒンジ対以降は互いに直接には連続せず、左右に分かれて配置される構成となっており、このような支持構造を採用することもできる。
【００５９】
以上説明したように、この発明によれば従来の単一の双安定ヒンジ対を具備する構成では実現し得なかった３点以上の安定点を単一のアクチュエータで得ることができ、よって例えば１×Ｎ型の光スイッチを容易に作製することができる。なお、このような３点以上の安定点を有する微小可動デバイスは光スイッチに限らず、自己保持を必要とするチューナブルデバイスに応用することができ、例えばＭＥＭＳ型の可変キャパシタなどに用いて好適である。
【図１】
2010284738.tif 000003
【図２】
2010284738.tif 000004
【図３】
2010284738.tif 000005
【図４】
2010284738.tif 000006
【図５】
2010284738.tif 000007
【図６】
2010284738.tif 000008
【図７】
2010284738.tif 000009
【図８】
2010284738.tif 000010
【図９】
2010284738.tif 000011
【図１０】
2010284738.tif 000012
【図１１】
2010284738.tif 000013
【図１２】
2010284738.tif 000014
【図１３】
2010284738.tif 000015
【図１４】
2010284738.tif 000016